NO143266B

NO143266B - PROCEDURE AND DEVICE FOR DEFINING THE SURFACE OF AN AIRCRAFT.

Info

Publication number: NO143266B
Application number: NO771145A
Authority: NO
Inventors: Bertram Magenheim
Original assignee: System Dev Corp
Priority date: 1976-04-01
Filing date: 1977-03-31
Publication date: 1980-09-29
Also published as: FI59963C; FR2346217A1; CA1078026A; FI59963B; NO143266C; DE2713080A1; JPS52121299A; GB1517135A; US4060212A; NO771145L; SE7703665L; NL7703302A; FI771006A; DD129974A5; DK147177A; FR2346217B1

Description

Oppfinnelsen angår generelt avisingssystemer for luftfartøyer, og særlig isfjernere for anvendelse i helikoptere. The invention generally relates to de-icing systems for aircraft, and in particular to de-icers for use in helicopters.

De problemer som har tilknytning til dannelse av is på luftfartøyer, er velkjente og går tilbake til flygingens første tider. Under visse klimatiske forhold har is en tendens til å danne seg, særlig i nærheten av de fremre kanter av aerofoilflater, i lag av vesentlig tykkelse. Isen ikke bare øker luftfartøyets effektive vekt, men kan også øke slepe- eller luftmotstanden og redusere det løft som tilveie-bringes av aerofoilen. The problems associated with the formation of ice on aircraft are well known and go back to the early days of flight. Under certain climatic conditions, ice tends to form, particularly near the leading edges of aerofoil surfaces, in layers of considerable thickness. The ice not only increases the aircraft's effective weight, but can also increase drag or drag and reduce the lift provided by the aerofoil.

I den senere tid er forskjellige metoder blitt benyttet i et forsøk på å unngå problemet med luftfartøy-nedising. Tidlige avisingsanordninger var mekaniske, og noen benyttet et oppblåsbart dekke eller slange for å bryte opp islaget. Andre tidligere kjente isfjernere benytter elektriske motstandsvarmeelementer som er nedgravd under aerofoilflåtene. Hovedproblemet med disse er at de varmer opp et stort område av aerofoilflate enten dette er dekket av is eller ikke. Da overflaten vanligvis er av metall og en god varmeleder, er isfjernere som benytter motstandsoppvarming, meget ineffek-tive, de benytter en stor mengde elektrisk energi og de er vanligvis tunge og meget kostbare. Videre er varmeelementene ikke lettvint utskiftbare i tilfelle av slitasje eller beska-digelse . In recent times, various methods have been used in an attempt to avoid the problem of aircraft de-icing. Early de-icing devices were mechanical, and some used an inflatable tire or hose to break up the ice layer. Other previously known deicers use electric resistance heating elements which are buried under the airfoil rafts. The main problem with these is that they heat up a large area of the airfoil surface, whether this is covered by ice or not. As the surface is usually metal and a good conductor of heat, de-icers using resistance heating are very inefficient, they use a large amount of electrical energy and they are usually heavy and very expensive. Furthermore, the heating elements are not easily replaceable in the event of wear or damage.

Helikoptere er selvsagt like disponert for ned-isingsproblemer som luftfartøyer med faste vinger. I reali-teten er det muligens mer sannsynlig at helikoptere vil bli benyttet under nedisingsforhold enn luftfartøyer med faste vinger. Dessuten foreligger det en praktisk vanskelighet når det gjelder å tilføre avisingseffekt til en roterende flate, Helicopters are of course just as prone to de-icing problems as fixed-wing aircraft. In reality, it is possibly more likely that helicopters will be used in icing conditions than aircraft with fixed wings. Furthermore, there is a practical difficulty when it comes to adding de-icing effect to a rotating surface,

i stedet for til en flate som er fast i forhold til luftfar-tøylegemet. På grunn av de forannevnte problemer med ineffek-tivitet, høye energi- og vektkrav, og upålitelighet ved elektriske motstandsavisingsanordninger, har det hittil ikke eksistert noe tilfredsstillende avisingssystem for helikopterbruk. rather than to a surface fixed relative to the aircraft body. Due to the aforementioned problems of inefficiency, high energy and weight requirements, and unreliability of electric resistance de-icing devices, no satisfactory de-icing system for helicopter use has hitherto existed.

Av det foregående vil det være åpenbart at det fin-nes et klart behov for en avisingsteknikk som unngår eller eliminerer ulempene ved den kjente teknikk, og som er særlig effektiv for helikopterbruk. Den foreliggende oppfinnelse oppfyller dette behov. From the foregoing, it will be obvious that there is a clear need for a de-icing technique which avoids or eliminates the disadvantages of the known technique, and which is particularly effective for helicopter use. The present invention fulfills this need.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for avising av overflaten av et luftfartøy, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at det genereres elektromagnetisk mikrobølgeenergi som overføres til nærheten av en overflate som skal avises, og at mikrobølgeenergien koples . According to the invention, a method is provided for de-icing the surface of an aircraft, which method is characterized by the fact that electromagnetic microwave energy is generated and transmitted to the vicinity of a surface to be de-iced, and that the microwave energy is coupled.

til et overflatelag av is for utbredelse i dette slik som i en overflatebølgeleder, for derved å oppvarme og bevirke fjerning av isen. to a surface layer of ice for propagation therein as in a surface waveguide, thereby heating and effecting removal of the ice.

Videre er det tilveiebrakt en innretning for avising Furthermore, a device for de-icing has been provided

av overflaten av et luftfartøy i overensstemmelse med den an-gitte fremgangsmåte, og innretningen er kjennetegnet ved at den omfatter en anordning for generering av elektromagnetisk mikrobølgeenergi, en fordelingsanordning for overføring av mikrobølgeenergien til en overflate som skal avises, og en koplingsanordning for kopling av mikrobølgeenergien fra fordelingsanordningen til et overflatelag av is, idet koplingsanordningen er innrettet til å overføre mikrobølgeenergien gjennom islaget på tilsvarende måte som en overflatebølge- of the surface of an aircraft in accordance with the specified method, and the device is characterized by the fact that it comprises a device for generating electromagnetic microwave energy, a distribution device for transferring the microwave energy to a surface to be de-iced, and a coupling device for coupling the microwave energy from the distribution device to a surface layer of ice, the coupling device being arranged to transmit the microwave energy through the ice layer in a similar way as a surface wave

leder, slik at energien forbrukes som varme i hovedsaken i islaget, og islagets temperatur derved heves tilstrekkelig til å bevirke fjerning av islaget fra luftfartøyet. conducts, so that the energy is consumed as heat mainly in the ice layer, and the temperature of the ice layer thereby rises sufficiently to cause the ice layer to be removed from the aircraft.

Ifølge en fordelaktig utførelse av oppfinnelsen omfatter innretningen en overflatebølgeleder av et materiale med en dielektrisitetskonstant som ligger nær dielektrisitetskonstanten for is, idet overflatebølgelederen er dannet på den overflate som skal avises, slik at også meget tynne islag kan fjernes ved overføring av mikrobølgeenergien til overflatelederen og islaget som sammen virker som en sammen- According to an advantageous embodiment of the invention, the device comprises a surface waveguide made of a material with a dielectric constant that is close to the dielectric constant of ice, the surface waveguide being formed on the surface to be de-iced, so that even very thin ice layers can be removed by transferring the microwave energy to the surface conductor and the ice layer which together act as a co-

satt bølgeleder. Tykkelsen av overflatebølgelederen velges slik at en løst bundet overflatebølge i den isfrie tilstand kan for-plante seg ned gjennom bølgelederen med bare ubetydeliae tap. set waveguide. The thickness of the surface waveguide is chosen so that a loosely bound surface wave in the ice-free state can propagate down through the waveguide with only negligible losses.

Etter hvert som isen samler seg på det dielektriske lag som As the ice accumulates on the dielectric layer which

utgjør bølgelederen, dannes en sammensatt bølgeleder med økende tykkelse, og overflatebølgen blir tettere bundet og utsettes for større tap, i hovedsaken i det mer tapsbehefte- constitutes the waveguide, a composite waveguide is formed with increasing thickness, and the surface wave becomes more tightly bound and exposed to greater losses, mainly in the more lossy

de ismateriale. the ice material.

En utførelse av innretningen, som er konstruert for fjerning av is fra et antall rotorblad-aerofoiloverflater, er kjennetegnet ved at den omfatter en materanordning som er roterbar sammen med helikopterrotorbladene, for overføring av mikrobølgeenergien langs bladenes rotasjonsakse, en dreieforbindelse for overføring av mikrobølgeenergien til den roterbare materanordning, og en effektoppdeleranordning som er sammenkoplet med materanordningen for å dele opp mikrobøl-geenergien i et antall i hovedsaken like deler, idet fordelingsanordningen overfører de nevnte like deler til rotorbladene, og koplingsanordningen overfører mikrobølgeenergien gjennom isen til rotorbladene. An embodiment of the device, which is designed for removing ice from a number of rotor blade aerofoil surfaces, is characterized in that it comprises a feeder device rotatable together with the helicopter rotor blades, for transferring the microwave energy along the axis of rotation of the blades, a pivot connection for transferring the microwave energy to the rotatable feeder device, and a power divider device which is connected to the feeder device to divide the microwave energy into a number of essentially equal parts, the distribution device transferring said equal parts to the rotor blades, and the coupling device transferring the microwave energy through the ice to the rotor blades.

Det vil innses av det foregående at den foreliggende oppfinnelse representerer et vesentlig fremskritt når det gjelder avisingsmetoder for luftfartøyer. Spesielt tilveiebringer oppfinnelsen en isfjerner som har lavt effektforbruk, lav vekt og lavere omkostninger enn hittil tilgjengelige isfjernere. Videre er isfjerneren ifølge oppfinnelsen mer på-litelig og lettere å vedlikeholde enn tidligere kjente isfjernere. It will be realized from the foregoing that the present invention represents a significant advance in de-icing methods for aircraft. In particular, the invention provides an ice remover that has low power consumption, low weight and lower costs than hitherto available ice removers. Furthermore, the ice remover according to the invention is more reliable and easier to maintain than previously known ice removers.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i tilknytning til utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et forenklet blokkdiagram av avisingssystemet ifølge oppfinnelsen ved anvendelse på et helikopter, fig. 2 viser en skjematisk illustrasjon av over-føringen av mikrobølgeenergi gjennom et dielektrisk lag og et islag på en luftfartøyoverflate, fig. 3 viser et ufullstendig tverrsnittsbilde på tvers gjennom et helikopters rotorblad og The invention shall be described in more detail in the following in connection with exemplary embodiments with reference to the drawings, where fig. 1 shows a simplified block diagram of the de-icing system according to the invention when applied to a helicopter, fig. 2 shows a schematic illustration of the transmission of microwave energy through a dielectric layer and an ice layer on an aircraft surface, fig. 3 shows an incomplete cross-sectional view across a helicopter rotor blade and

viser en overflatebølgeleder dannet på rotorbladets overflate, i fig. 4 viser en utfolding av overflatebølgelederen som er shows a surface waveguide formed on the surface of the rotor blade, in fig. 4 shows an unfolding of the surface waveguide which is

vist på fig. 3, fig. 5 viser et ufullstendig frontriss av overflatebølgelederen og viser en typisk isdannelse på denne, og fig. 6 viser et ufullstendig tverrsnittsbilde av et rotorblad og viser en segmentert overflatebølgelederkonstruksjon; i fig. 7a og 7b viser alternative former av en konstruksjon shown in fig. 3, fig. 5 shows an incomplete front view of the surface waveguide and shows a typical ice formation thereon, and fig. 6 shows an incomplete cross-sectional view of a rotor blade showing a segmented surface waveguide structure; in fig. 7a and 7b show alternative forms of a construction

som benyttes ved sammenføyning av tilstøtende segmenter av overflatebølgelederen, fig. 8 viser en utfolding av en alternativ form av overflatebølgelederen, fig. 9 viser et sideriss, delvis i snitt, av en kopler som benyttes til å overføre which is used when joining adjacent segments of the surface waveguide, fig. 8 shows an unfolding of an alternative form of the surface waveguide, fig. 9 shows a side view, partially in section, of a coupler used to transmit

mikrobølgeenergi til overflatebølgelederen, fig. 10 viser et planriss, delvis i snitt, som svarer til siderisset på fig. 9, fig. 11 viser et sideriss av en alternativ kopler som benyttes til å overføre mikrobølgeenergi til overflatebølgelederen, og fig. 12 viser et planriss, delvis i snitt, som svarer til siderisset på fig. 11. microwave energy to the surface waveguide, fig. 10 shows a plan view, partly in section, which corresponds to the side view in fig. 9, fig. 11 shows a side view of an alternative coupler used to transfer microwave energy to the surface waveguide, and fig. 12 shows a plan view, partly in section, which corresponds to the side view in fig. 11.

Slik som vist på tegningene for illustrasjonsformål, angår den foreliggende oppfinnelse i det vesentlige en ny metode for fjerning av islag som er dannet på ytre overflater av luftfartøyer, særlig aerofoilflater. Den utførelse av oppfinnelsen som nå skal beskrives i detalj som et eksempel, er spesielt konstruert for fjerning av is fra helikopter-rotorblad. Tidligere har det ikke vært tilgjengelig noen helt tilfredsstillende metode for avising av helikopterrotorblad. As shown in the drawings for illustrative purposes, the present invention essentially relates to a new method for removing layers of ice that have formed on the outer surfaces of aircraft, in particular aerofoil surfaces. The embodiment of the invention which will now be described in detail as an example is specially designed for removing ice from helicopter rotor blades. In the past, no completely satisfactory method of de-icing helicopter rotor blades has been available.

I overensstemmelse med oppfinnelsen overføres elektromagnetisk mikrobølgeenergi til et islag som er betegnet med henvisningstallet 20 på fig. 2, på en slik måte at innfalls-vinkelen for den overførte energi på luft-is-grenseflaten er større enn den kritiske vinkel over hvilken total indre re-fleksjon opptrer. Mikrobølgeenergien forbrukes som varme, i hovedsaken i islaget 20, og smelter derved isen tilstrekkelig til å tillate at sentrifugalkrefter kan bryte opp dennes adhesjonsbånd med rotorbladet. In accordance with the invention, electromagnetic microwave energy is transferred to an ice layer which is denoted by the reference number 20 in fig. 2, in such a way that the angle of incidence for the transmitted energy on the air-ice interface is greater than the critical angle above which total internal reflection occurs. The microwave energy is consumed as heat, mainly in the ice layer 20, thereby melting the ice sufficiently to allow centrifugal forces to break up its bond of adhesion with the rotor blade.

Da et meget tynt islag ikke ville være i stand til As a very thin layer of ice would not be able to

å overføre mikrobølgeenergi, er et permanent dielektrisk lag 22 dannet på den overflate 24 som skal avises. Det materiale som velges for dielektrikumet 22, har en dielektrisitetskonstant som tilnærmet er lik dielektrisitetskonstanten for islaget. Som vist på fig. 2, vil mikrobølgeenergien bli inn-vendig totalreflektert ved luft-is-grenseflaten og grenseflaten mellom det dielektriske lag 22 og rotorbladets overflate 24, og vil bli bare svakt brutt eller avbøyd ved grenseflaten mellom islaget 20 og det dielektriske lag. Det dielektriske lag 22 kan være av et materiale som er nesten helt tapsfritt for alle praktiske formål. Islaget 20 vil på den annen side normalt inneholde mange urenheter, deriblant en stor andel ikke-frosset vann, og vil derfor raskt dempe mikrobølgeener-gien som vil bli forbrukt i islaget som varme. Det vil inn-• ses at denne metode har nøyaktig den ønskede effekt, dvs. to transmit microwave energy, a permanent dielectric layer 22 is formed on the surface 24 to be de-iced. The material chosen for the dielectric 22 has a dielectric constant which is approximately equal to the dielectric constant of the ice layer. As shown in fig. 2, the microwave energy will be internally totally reflected at the air-ice interface and the interface between the dielectric layer 22 and the rotor blade surface 24, and will only be slightly refracted or deflected at the interface between the ice layer 20 and the dielectric layer. The dielectric layer 22 may be of a material which is almost completely lossless for all practical purposes. The ice layer 20, on the other hand, will normally contain many impurities, including a large proportion of unfrozen water, and will therefore quickly dampen the microwave energy that will be consumed in the ice layer as heat. It will be seen that this method has exactly the desired effect, i.e.

mikrobølgeenergien forbrukes som varme i det vesentlige i islaget alene, og liten eller ingen varme går til spille i det dielektriske lag 22 eller rotorbladets overflate 24. For avising av helikopterets rotorblad er det ikke nødvendig at islagets 20 temperatur heves over dettes smeltepunkt, men bare over en avkastningstemperatur over hvilken adhesjons-båndet mellom islaget 20 og det dielektriske lag 22 kan brytes ved hjelp av sentrifugalkrefter som virker på islaget når rotorbladene roterer. the microwave energy is consumed as heat essentially in the ice layer alone, and little or no heat is wasted in the dielectric layer 22 or the rotor blade's surface 24. For de-icing the helicopter's rotor blade, it is not necessary that the temperature of the ice layer 20 be raised above its melting point, but only above a yield temperature above which the adhesion bond between the ice layer 20 and the dielectric layer 22 can be broken by centrifugal forces acting on the ice layer as the rotor blades rotate.

Bølgeledere som har form av lukkede rør med sylind-risk eller rektangulært tverrsnitt er velkjente. Mindre kjent er ideen med en "åpen grense"-struktur for ledning av en elektromagnetisk bølge langs en overflate. En sådan struktur er i stand til å understøtte bølger som er intimt bundet til bølgelederens overflate. Selv om elektriske eller magnetiske felter opprettholdes utenfor overflatebølgelederen, er disse karakterisert ved en eksponentiell fall- eller avtagnings-hastighet i en retning normalt på overflaten. Waveguides in the form of closed tubes with a cylindrical or rectangular cross-section are well known. Less well known is the idea of an "open boundary" structure for the conduction of an electromagnetic wave along a surface. Such a structure is capable of supporting waves that are intimately bound to the surface of the waveguide. Although electric or magnetic fields are maintained outside the surface waveguide, these are characterized by an exponential decay or decay rate in a direction normal to the surface.

Utbredelsen av elektromagnetiske bølger i en over-flatebølgeleder kan bekvemt defineres ved bølgeløsninger av Maxwell's likninger, men disse detaljerte teoretiske betrakt-ninger antas ikke å være nødvendige for forståelse av oppfinnelsen. Teorien for overflatebølgeledere er utdypet i et antall henvisningsverker, deriblant: R. Colin, "Field Theory of Guided Waves", McGraw-Hill, New York (1960); og Ramo, Whinnery og Van Duzer, "Fields and Waves in Communication Electronics", John Wiley Sons, New York (1965). De mulige modi for bølgeutbredelse som kan benyttes ved helikopterav-ising, er transversale magnetiske og transversale elektriske bølger som betegnes som TMQ-, TM-^, TEQ- og TE-^-modi. The propagation of electromagnetic waves in a surface waveguide can be conveniently defined by wave solutions of Maxwell's equations, but these detailed theoretical considerations are not believed to be necessary for understanding the invention. The theory of surface waveguides is elaborated in a number of reference works, including: R. Colin, "Field Theory of Guided Waves", McGraw-Hill, New York (1960); and Ramo, Whinnery and Van Duzer, "Fields and Waves in Communication Electronics", John Wiley Sons, New York (1965). The possible modes of wave propagation that can be used in helicopter de-icing are transverse magnetic and transverse electric waves which are designated as TMQ, TM-^, TEQ- and TE-^ modes.

Som vist på fig. 1 omfatter avisingsinnretningen ifølge oppfinnelsen, slik den benyttes for avising av helikopterrotorblad, en kraftforsyning og sekvensdanner 30 for tilførsel av effekt og styresignaler til et mikrobølgerør 32 som er installert i helikopterskroget (ikke vist). Det er videre anordnet en førerapparattavle 34 som er sammenkoplet med kraftforsyningen og sekvensdanneren 30, og også er koplet til en isdetektor 36 og en lufttemperaturdetektor 38. Innretningen kan tilpasses for manuell drift fra førerens appa-rattavle 34, basert på førerens observasjoner av isdetektoren 3 6 eller lufttemperaturdetektoren 38. Alternativt kan innretningen tilpasses for automatisk drift som reaksjon på detektering av is av isdetektoren 36, med en foranstaltning for valgfri opphevelse av den automatiske drift av innretningen. As shown in fig. 1 comprises the de-icing device according to the invention, as it is used for de-icing helicopter rotor blades, a power supply and sequence generator 30 for supplying power and control signals to a microwave tube 32 which is installed in the helicopter hull (not shown). There is also a driver's instrument panel 34 which is connected to the power supply and the sequencer 30, and is also connected to an ice detector 36 and an air temperature detector 38. The device can be adapted for manual operation from the driver's instrument panel 34, based on the driver's observations of the ice detector 36 or the air temperature detector 38. Alternatively, the device can be adapted for automatic operation in response to detection of ice by the ice detector 36, with a provision for optional cancellation of the automatic operation of the device.

Mikrobølgerøret 32 er en konvensjonell mikrobølge-oscillator, såsom et magnetronrør eller klystronrør, og kraftforsyningen 30 er en konvensjonell kraftforsyning for et slikt rør. Driftsfrekvensen for røret 32 kan velges i overensstemmelse med konstruksjonskrav og relevante stats-restriksjoner på mikrobølgesendere. Frekvensen kan typisk ligge hvor som helst i båndet fra 2000 til 22 000 MHz. Drift ved høyere frekvenser kan kreve valg av forskjellige mikrobølgeforde-lingskomponenter, slik som beskrevet senere. En annen faktor som kan diktere valget av driftsfrekvens, er elimineringen eller minimeringen av stråling av mikrobølgeenergi fra helikopteret. Høyere frekvenser utsettes for kraftigere dempning under atmosfæriske forhold med nedising, og kan derfor være mer ønskelige for visse militære luftfartøyer. The microwave tube 32 is a conventional microwave oscillator, such as a magnetron tube or klystron tube, and the power supply 30 is a conventional power supply for such a tube. The operating frequency of the tube 32 can be selected in accordance with design requirements and relevant state restrictions on microwave transmitters. The frequency can typically lie anywhere in the band from 2,000 to 22,000 MHz. Operation at higher frequencies may require the selection of different microwave distribution components, as described later. Another factor that may dictate the choice of operating frequency is the elimination or minimization of radiation of microwave energy from the helicopter. Higher frequencies are subject to greater attenuation in atmospheric conditions with deicing, and may therefore be more desirable for certain military aircraft.

Utgangseffekten fra mikrobølgerøret 32 overføres gjennom en hoveddreieforbindelse 4 0 (fig. 1) som kopler mikro-bølgeenergien til en roterbar mater 42 som er beliggende i aksen for rotorbladene og er roterbar sammen med bladene. Materen 42 overfører mikrobølgeenergien opp fra helikopterskroget til rotorbladenes rotasjonsnav hvor en fordeler og effektdeler 44 deler opp energien i to praktisk talt like komponenter for fordeling til de to diametralt motstående rotorblad. Hoveddreieforbindelsen 40 og materen 42 likner konvensjonelle komponenter som benyttes i radartransmisjons-systemer. Fordeleren og effektdeleren 44 omfatter konvensjonelle mikrobølge-fordelingselementer for oppdeling og fordeling av mikrobølgeenergi til de to rotorblad. For forholdsvis lave mikrobølgefrekvenser, opptil 5 eller 6 MHz, kunne det benyttes en oppdeler og et fordelingssystem med en koak-siallinje, men for høyere frekvenser, f.eks. ved 22 000 MHz, ville det kreves en bølgeleder-oppdeler. The output power from the microwave tube 32 is transmitted through a main rotary connection 40 (Fig. 1) which connects the microwave energy to a rotatable feeder 42 which is located in the axis of the rotor blades and is rotatable together with the blades. The feeder 42 transfers the microwave energy up from the helicopter hull to the rotor blades' rotation hub where a distributor and power divider 44 splits the energy into two practically equal components for distribution to the two diametrically opposed rotor blades. The main pivot 40 and the feeder 42 resemble conventional components used in radar transmission systems. The distributor and power divider 44 comprise conventional microwave distribution elements for dividing and distributing microwave energy to the two rotor blades. For relatively low microwave frequencies, up to 5 or 6 MHz, a splitter and a distribution system with a coaxial line could be used, but for higher frequencies, e.g. at 22,000 MHz, a waveguide splitter would be required.

Slik det vil innses, er et helikopters rotorblad, As it will be realized, a helicopter's rotor blade,

i tillegg til at de er roterbare for å tilveiebringe løft og fremoverrettet reaksjonskraft for helikopteret, bevegelige om in addition to being rotatable to provide lift and forward reaction force for the helicopter, movable about

andre akser for å utføre forskjellige styrefunksjoner. Mikro-bølgeenergien må følgelig fordeles ved hjelp av en anordning som tar hensyn til disse tilleggsbevegelser av rotorbladene. For forholdsvis lave mikrobølgefrekvenser kan fordeling fra rotormontasjens nav til selve rotorbladene også her utføres ved hjelp av koaksialkabler fra en konvensjonell T-ledd-koaksialoppdeler. For høyere mikrobølgefrekvenser vil koak-sialfordeling muligens ikke være praktisk, og bølgeledér-dréieforbindelser kan kreves for å overføre mikrobølgeener-gien til rotorbladene. other axes to perform different control functions. The microwave energy must therefore be distributed by means of a device which takes into account these additional movements of the rotor blades. For relatively low microwave frequencies, distribution from the hub of the rotor assembly to the rotor blades themselves can also be carried out using coaxial cables from a conventional T-joint coaxial splitter. For higher microwave frequencies, coaxial distribution may not be practical, and waveguide-rotary connections may be required to transfer the microwave energy to the rotor blades.

Slik som videre vist på fig. 1, omfatter innretningen ifølge oppfinnelsen også to kopiere 46 som mottar fordelt effekt f-ra fordeleren og effektdeleren 44, og som kopler mikrobølgeenergien til to rotorblad-mikrobølgeavisings-dekker eller -overtrekk 22 som er dannet av det dielektriske lag som det er referert til i forbindelse med fig. 2. As further shown in fig. 1, the device according to the invention also comprises two copiers 46 which receive distributed power from the distributor and the power divider 44, and which couple the microwave energy to two rotor blade microwave de-icing covers or covers 22 which are formed by the dielectric layer referred to in connection with fig. 2.

Som vist i tverrsnittsbildet av et rotorblad på fig. 3, som har typiske dimensjoner, danner hvert av overtrekkene 22 et overflatelag over en vesentlig del av rotorbladet 24 i nærheten av dettes forkant. Overtrekket 22 dekker tilnærmet As shown in the cross-sectional view of a rotor blade in fig. 3, which has typical dimensions, each of the covers 22 forms a surface layer over a substantial part of the rotor blade 24 near its leading edge. The cover 22 covers approx

10 % av rotorbladets kordebredde på dettes øvre overflate, 10% of the chord width of the rotor blade on its upper surface,

og ca. 25 % av rotorbladets kordebredde på dettes nedre overflate. Disse proporsjoner er selvsagt ikke kritiske for oppfinnelsen, men er i overensstemmelse med det typiske mønster for isdannelse på et rotorblad som er vist på fig. 5. Islaget 2 0 har en tendens til å danne seg videre over bladets bredde på dettes nedre overflate enn på dets øvre overflate. De øvre og nedre kanter av overtrekket 22 er avfaset for å danne en jevn overgang med rotorbladets overflate 24. and approx. 25% of the rotor blade chord width on its lower surface. These proportions are of course not critical for the invention, but are in accordance with the typical pattern of ice formation on a rotor blade which is shown in fig. 5. The ice layer 20 tends to form further across the width of the blade on its lower surface than on its upper surface. The upper and lower edges of the cover 22 are chamfered to form a smooth transition with the surface 24 of the rotor blade.

Som vist i utfoldingen av overtrekket 22 på fig. 4, har hvert overtrekk en strimmel med forholdsvis liten bredde langs rotorbladets fremre kant ved bladets rotende, og øker deretter gradvis til sin fulle bredde som vist ved 50. Det materiale som benyttes for overtrekkene 22, må velges ikke bare med hensyn til sine dielektriske egenskaper, dvs. en dielektrisitetskonstant som er tilnærmet lik dielektrisitetskonstanten for is, og en forholdsvis liten tapsvinkel sammen-liknet med tapsvinkelen for is, men også med henblikk på dets evne til å motstå kraftig regn-, sand- og støverosjon som rotorbladene kommer ut for. Passende materiale er aluminium-oksyd, en polyetylen med meget høy molekylvekt, såsom den som selges under varemerket "Lennite", høykvartsfiber-silikon-harpikslaminater, smeltet kvarts eller epoksyglass- eller silikonglasslaminater. I tillegg kan et polyurethan-erosjonsbelegg med en tykkelse på ca. 0,3 mm benyttes som et erosjonsbelegg over noen av disse materialer. De dielektriske egenskaper for polyurethan gjør dette materiale uegnet for anvendelse alene som overtrekksmateriale. Da de deler av overtrekket 2 2 som ligger nærmere bladets spiss, vil være ut-satt for kraftigere erosjon på grunn av den høyere hastighet og høyere kollisjonsvinkel for eroderende partikler, kan disse ytre deler fremstilles av et sådant materiale som alumi-niumoksyd, idet de gjenværende deler av overtrekket fremstilles av et annet materiale, såsom polyetylen. As shown in the unfolding of the cover 22 in fig. 4, each cover has a strip of relatively small width along the leading edge of the rotor blade at the root end of the blade, and then gradually increases to its full width as shown at 50. The material used for the covers 22 must be selected not only with regard to its dielectric properties , i.e. a dielectric constant that is approximately equal to the dielectric constant for ice, and a relatively small loss angle compared to the loss angle for ice, but also with a view to its ability to resist heavy rain, sand and dust erosion to which the rotor blades are exposed. Suitable materials are aluminum oxide, a very high molecular weight polyethylene such as that sold under the trademark "Lennite", high quartz fiber silicone resin laminates, fused quartz, or epoxy glass or silicone glass laminates. In addition, a polyurethane erosion coating with a thickness of approx. 0.3 mm is used as an erosion coating over some of these materials. The dielectric properties of polyurethane make this material unsuitable for use alone as a covering material. As the parts of the cover 2 2 which are closer to the tip of the blade, will be exposed to stronger erosion due to the higher speed and higher collision angle for eroding particles, these outer parts can be made of such a material as aluminum oxide, as they remaining parts of the cover are made of another material, such as polyethylene.

Det er vanlig at erosjonsbeskyttelsesplater av nikkel nå benyttes på helikopterrotorblad. Benyttelse av alu-miniumoksyd- eller polyetylenskjermer for avisingsformål resulterer i en ekstra fordel med vesentlig vektbesparelse fremfor konvensjonelle nikkel-erosjonsbeskyttelser. It is now common for nickel erosion protection plates to be used on helicopter rotor blades. The use of aluminum oxide or polyethylene shields for de-icing purposes results in an additional advantage of significant weight savings over conventional nickel erosion guards.

Som vist på fig. 6, 7a og 7b, kan overtrekket 22 fremstilles av et antall ekstruderte materialstrimler som er forenet ved hjelp av hvilken som helst egnet strukturanord-ning, av hvilke to alternative utførelser er vist på fig. 7a og 7b. De ekstruderte strimler virker slik at de undertryk-ker transversale magnetiske bølger av TMQ-modusen i overtrekket 22 som virker som en overflatebølgeleder, og også tilveiebringer et polarisasjonsanker for transversale elektriske bølger av TE^-modusen. Den ekstruderte strimmelkonstruksjon tilveiebringer også en bekvem anordning for befestigelse av overtrekket 22 til bladets overflate 24. Fig. 8 viser et utfoldet bilde av samme overtrekk 22 som er egnet for opera-sjon i TE1~modusen. I stedet for å være jevnt avskrånet i sin fulle bredde, er overtrekket utvidet til sin fulle bredde ved voksende trinn svarende til de separate ekstruderinger som er vist på fig. 6. As shown in fig. 6, 7a and 7b, the cover 22 can be made from a number of extruded material strips which are united by means of any suitable structural arrangement, of which two alternative embodiments are shown in fig. 7a and 7b. The extruded strips act to suppress transverse magnetic waves of the TMQ mode in the overcoat 22 which acts as a surface waveguide, and also provide a polarization anchor for transverse electric waves of the TE^ mode. The extruded strip construction also provides a convenient means of attaching the cover 22 to the blade surface 24. Fig. 8 shows an unfolded view of the same cover 22 suitable for operation in the TE1 mode. Instead of being uniformly beveled over its full width, the overcoat is expanded to its full width in increasing increments corresponding to the separate extrusions shown in FIG. 6.

Fig. 9 og 10 viser en form for en kopler 46 som benyttes til å kople mikrobølgeenergien til overtrekket eller bølgelederen 22. Kopleren 4 6 omfatter en hul, rektangulær bølgeleder 60 som ved sin ene ende har en flens 62 for å kople bølgelederen til fordeleren og effektoppdeleren 44 (fig.. 1) ved hjelp av konvensjonelle midler. Bølgelederen 60 er lukket ved sin andre ende bortsett fra en tapp 64 med sirku-lært tverrsnitt som rager ut fra den ene sidevegg av bølge-lederen og ut gjennom en koplingsåpning i den motsatte sidevegg, for å ligge over og være delvis innleiret i overtrekks-materialet 22. Den på fig. 9 og 10 viste kopler er egnet for å kople mikrobølgeenergi i TE^-modus til overflatebølgelede-ren 22. Fig. 9 and 10 show a form of a coupler 46 which is used to couple the microwave energy to the cover or the waveguide 22. The coupler 46 comprises a hollow, rectangular waveguide 60 which at one end has a flange 62 for connecting the waveguide to the distributor and the power divider 44 (Fig. 1) using conventional means. The waveguide 60 is closed at its other end except for a pin 64 of circular cross-section which protrudes from one side wall of the waveguide and out through a coupling opening in the opposite side wall, to lie over and be partially embedded in the cover the material 22. The one in fig. 9 and 10 shown couplers are suitable for coupling microwave energy in the TE^ mode to the surface waveguide 22.

Fig. 11 og 12 viser en alternativ form for kopler 4 6 som benyttes til å kople TMQ-modus-energi til overflate-bølgelederen som er dannet av overtrekket 22. Den på fig. 11 og 12 viste kopler omfatter en koaksialbølgeleder av hvilken en del er vist ved 70 og som har en sentral, ledende tapp 72 som strekker seg gjennom en del av metallbladoverflaten 24' og gjennom det overliggende dielektriske materiale 22', og som rager vesentlig over den ytre overflate av det dielektriske materiale. En del 74 av metalloverflaten 24' er bøyd i rett vinkel for å danne en reflekterende flate på rotsiden av den fremstikkende tapp eller stang 72. Figs. 11 and 12 show an alternative form of coupler 46 which is used to couple TMQ mode energy to the surface waveguide formed by the cover 22. The one in fig. 11 and 12 shown couplers comprise a coaxial waveguide a portion of which is shown at 70 and which has a central conductive pin 72 which extends through a portion of the metal sheet surface 24' and through the overlying dielectric material 22' and which projects substantially above it outer surface of the dielectric material. A portion 74 of the metal surface 24' is bent at right angles to form a reflective surface on the root side of the protruding pin or rod 72.

Det vil innses av det foregående at oppfinnelsen representerer et vesentlig fremskritt på det område som angår avisingssystemer for luftfartøyer. Spesielt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte og en innretning for avising av aerofoiloverflater, såsom helikopterrotorblad, ved benyttelse av mikrobølgenergi til å smelte isen eller til å heve dennes temperatur tilstrekkelig til å bryte dens adhesjonsmotstand med rotoroverflaten. Et overtrekk av dielektrisk materiale over den overflate som skal avises, tillater fjerning av selv meget tynne islag. Det vil også innses at selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med spesielle ut-førelser for avising av helikopterrotorblad, kan oppfinnelsen også benyttes for luftfartøyer med faste vinger. It will be realized from the foregoing that the invention represents a significant advance in the field of de-icing systems for aircraft. In particular, the invention provides a method and a device for de-icing aerofoil surfaces, such as helicopter rotor blades, by using microwave energy to melt the ice or to raise its temperature sufficiently to break its adhesion resistance with the rotor surface. A coating of dielectric material over the surface to be de-iced allows the removal of even very thin layers of ice. It will also be realized that although the invention has been described in connection with special designs for de-icing helicopter rotor blades, the invention can also be used for aircraft with fixed wings.

Claims

1. 'Method for de-icing the surface of an aircraft, characterized in that electromagnetic microwave energy is generated which is transmitted to the vicinity of a surface to be de-iced, and that the microwave energy is coupled to a surface layer of ice for propagation in this as in a surface waveguide , thereby heating and effecting the removal of the ice.

2. Method according to claim 1, characterized in that the coupling step comprises coupling the microwave energy to a permanent surface waveguide installed on the surface to be de-iced, to allow propagation of the microwave energy also into very thin layers of ice.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the microwave energy is switched on and off in response to the detection of a layer of ice.

4. Method according to claim 1, for deicing helicopter rotor blades, characterized in that the microwave energy is transferred along a feeder which is rotatable together with the rotor blades, that the microwave energy is divided into a number of approximately equal parts, and that the equal parts are distributed to the vicinity of the respective rotor blade.

5. Device for de-icing the surface of an aircraft in accordance with the method according to claim 1, characterized in that it comprises a device (30, 32) for generating electromagnetic microwave energy, a distribution device (44) for transferring the microwave energy to a surface (24) to be de-iced, and a coupling device (4 6) for coupling the microwave energy from the distribution device (44) to a surface layer of ice (20), the coupling device (4 6) being arranged to transfer the microwave energy through the ice layer (20) in a similar way as a surface waveguide, so that the energy is consumed as heat mainly in the ice layer, and the temperature of the ice layer is thereby raised sufficiently to cause the ice layer to be removed from the aircraft.

6. Device according to claim 5, characterized in that it comprises a surface waveguide (22) of a material with a dielectric constant that is close to the dielectric constant of ice, the surface waveguide (22) being formed on the surface (24) to be de-iced, so that also very thin ice layers can be removed by transferring the microwave energy to the surface waveguide and the ice layer which together act as a composite waveguide (22, 24).

7. Device according to claim 5 or 6, characterized in that it comprises a control device (34, 36,

38) for activating the device (30, 32) for generating microwave energy in response to the detection of ice on the surface of the aircraft.

8. Device according to one of claims 5-7, for removing ice from a number of rotor blade aerofoil surfaces (24), characterized in that it comprises a feeder device (42) which is rotatable together with the helicopter rotor blades, for transferring the microwave energy along the blades' axis of rotation , a rotary connection (40) for transferring the microwave energy to the rotatable feeder device (42), and a power divider device (44) which is connected to the feeder device to divide the microwave energy into a number of substantially equal parts, the distribution device (44) transferring the aforementioned equal parts to the rotor blades, and the coupling device (46) transfers the microwave energy through the ice to the rotor blades.

9. Device according to claim 8, characterized in that it comprises a surface waveguide (22) of dielectric material which is arranged on each rotor blade airfoil surface (24) to be de-iced, the coupling device (46) being designed to transfer the microwave energy into the surface waveguide alone when no ice is present, and as the surface waveguide (22) has a dielectric constant which is close to the dielectric constant of ice and has a relatively low dielectric loss characteristic, to ensure consumption of the microwave energy mainly in the ice layer.

10. Device according to claim 9, characterized in that the surface waveguide (22) extends over a substantial part of the front edge of each rotor blade aerofoil surface (24) and functions both as an erosion protection (fig. 3) and as a surface waveguide for de-icing.